气候

农业甲烷排放:中国隐性的气候风险

长期以来,农业一直是一个被忽视的温室气体来源。如今,中国升级了气候承诺,而研究人员正在探索减排方法。
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清晨,山东省菏泽市银香伟业农场的奶牛正在接受挤奶。图片来源:李悠/第六声
清晨,山东省菏泽市银香伟业农场的奶牛正在接受挤奶。图片来源:李悠/第六声

山东省菏泽市市郊的一座奶牛场,贾鹏每天一早醒来,就会把一套设备运到的牛棚里。他将这个金属外壳的机器固定在围栏外侧,然后等待奶牛归来。

奶牛早上挤完奶后,就会回到这个有着高高的屋顶的牛棚里。然后,有些会去打盹,有些则会被贾鹏备好的饲料吸引,把头钻到那个装置里。当这些奶牛吃草时,这套气体通量定量设备就会对这些动物打嗝和呼气释放出的甲烷量进行测定。

贾鹏所在的研究小组希望解决一个经常被忽视的气候难题:如何处理食物生产过程中产生的大量温室气体。

尽管中国在过去几十年快速发展,但是农业排放量始终保持稳定,然而相对其他行业占比依旧很高。制图:刘畅、李悠/第六声

中国是全球最大的农业温室气体排放国,2014年(最新官方数据)排放总量达到8.3亿吨二氧化碳当量,相当于中国所有汽车、飞机和船只的碳足迹总和。中国的农业温室气体排放中,超过四分之一来自奶牛、山羊和绵羊等食草类反刍动物。

和许多国家一样,目前为止中国应对气候变化的行动主要集中在能源和工业领域:比如补贴可再生能源、限制煤炭消耗和控制工业排放。农业排放受到的关注则要少得多。

随着中国重申其对《巴黎协定》承诺,习近平主席在去年9月宣布中国二氧化碳排放将在2030年之前达到峰值,并在2060年之前实现碳中和,农场的温室气体排放可能会受到更加严格的审视。

从全球来看,在导致人为造成的全球变暖的温室气体排放中,农业排放占十分之一。农业也是甲烷、氧化亚氮(一氧化二氮)等二氧化碳之外的其他温室气体的最大来源,这两种气体捕获热量的能力分别比二氧化碳高25倍和300倍。

制图:刘畅、李悠/第六声

由于习近平主席的碳中和承诺据信也涵盖了这些非二氧化碳气体,因此搞清如何减少奶牛肠道排气和其他降低农业碳足迹的办法必定会得到国家的重视。

山东这家奶牛场的研究人员希望通过改变奶牛的饮食结构来减少肠道气体排放。五个月的时间里,他们一直在调整饲料成分,添加膳食补充剂,并优化饲料生产工艺,希望能够有助于奶牛的消化。

项目负责人、中国农业科学院饲料研究所教授刁其玉表示:“甲烷排放量与饮食中的能量损失有关。提高饲料利用率、改善机体代谢能够减少甲烷产生。”

找到合适的饲料不仅有助于应对气候变化,还可以帮助中国的养殖场提高肉奶产量。作为奶牛消化副产品的甲烷是效率低下的一种表现——奶牛的能量摄入中估计有多达12%以温室气体排泄的形式损失掉。

“甲烷本身就是一种能源浪费,还会污染大气”,刁其玉说。

正是因为看到了农场能效提升的前景,银香伟业集团副总裁田忠红决定与刁其玉合作。他说:“我对气候变化、冰盖融化或海平面上升没有太大的感觉。但我相信废物也有其价值。排放到空气中的甲烷可能会有一些用处,这就是为什么我对他们的研究感兴趣。”

研究人员之所以将重点放在奶牛场,是因为这个行业比中国其他畜牧行业标准化程度更高。参与本次研究的董利锋副教授表示,2007年乳制品行业爆发重大食品安全丑闻之后,中国政府出台了许多法规,使得这个行业更适合开展这项实验。

董利锋补充道,肉牛养殖场数量众多,对气候的威胁更大。但是,它们的规模一般较小,养殖方式也不够标准化,因此难以进行测量。总的来看,中国是世界第四大养牛国,奶牛存栏量高达8900万头。

董利锋(左)和贾鹏在监测气体通量定量设备数据。图片来源:李悠/第六声

减少稻田排放

农业的气候足迹不仅来自动物。中国是全球最大的水稻生产国,2018年产量高达2.09亿吨。水稻是在灌有浅水的稻田上种植的。土壤淹水程度越高,微生物分解的有机物就越多,并释放出甲烷。但是如果水太少,产量就会受到影响。

在上海郊区,上海农业科学院生态环境保护研究所周胜教授带领的团队正在研究稻田的排放问题。

2020年11月初 第六声参观他们的实验田时,研究人员正在安装一个透明的立方体,立方体下方的土壤在上个月水稻收割后就已被排干水分。这个设备收集稻田里的空气并将样品密封在与立方体相连的小袋中,进而对甲烷排放量进行测量。

周胜说:“农田可能发生各种变化,所以需要全年的监测和研究。”研究人员将对空气样本进行分析,并为评估农业温室气体排放的计算机模型收集数据。

周胜在上海一块被排干的稻田里安装了一套甲烷排放量监测设备。图片来源:李悠/第六声

过去十年,周胜研究了几种控制稻田甲烷排放的方法。他估计,对稻田的灌溉时间和水位进行细致管理可以减少10%-20%的甲烷排放。此外,他还在研究一种将秸秆(中国农村地区通常将其焚烧或丢弃)转化为生物炭的技术。这种类似木炭的物质能够以稳定的形式储存碳,也可用于改善田地的土壤质量并提高产量。

此外,周胜目前还与上海的另外一个研究团队合作培育一种很有前景的新的节水抗旱稻。周胜说,这种稻灌溉用水少,因此可减少多达90%的甲烷排放。

目前,这种新的水稻品种正在安徽和江西等华东省份推广。周胜认为,它可以为全国各地的农场提供一个绿色的解决方案。研究人员目前正在努力提高新水稻品种的质量和单产。

然而,说服农民采用减排技术也是一项挑战。周胜之所以看好这种新水稻品种,是因为对农民来说,种植这个新品种并不需要投入很多额外的田间管理成本。

周胜说:“农民不可能精确控制水位,而引入自动化系统的成本太高。如果技术太先进,成本和维护就会成为问题。但是如果过于简单,则可能效果不佳。”

这种新型实验水稻不需要在灌水稻田中生长,因此产生的甲烷少得多。图片来源:李悠/第六声

粮食安全仍然是重中之重

尽管中国科学家正在做出这些努力,但中国政府似乎并没有将减少农业的气候影响作为优先事项——它尚未为农业设定排放目标。粮食安全仍然是头等大事。

中国农业科学院研究员、中国农业温室气体排放顶级专家之一的李玉娥说:“最重要的是每个人都能吃饱饭。如果(减排措施)导致粮食减产,那就不会被看做是真正的解决方案。”

专家认识到,要在全国范围内实施任何一种新的减排技术还有很长的路要走。许多问题仍未解决,包括如何在农村地区推广新解决方案、如何付诸实施、如何使其具有成本效益以及由谁来支付等等。

南京师范大学土壤学教授蔡祖聪表示:“农业减排的经济收益是一个主要问题,相关研究很多,但是问题主要还是出在应用环节。到底谁来支付费用?毕竟农民只有在有效益的情况下才会参与。”

另一个问题是,许多农村地区缺少劳动力。农业温室气体减排需要精准管理,但许多中国农民在冬天会让稻田休耕,然后进城打工。结果,农田只能被浸泡在水中并释放出大量甲烷。

但是,牛津大学马丁学院和纳菲尔德人口卫生系食物系统研究员和詹姆斯·马丁学者迈克尔·克拉克(Michael Clark)认为,人类无法承受拒绝减排的后果。他说,如果现在不解决气候变化,未来几十年“我们将无法种植我们想要的农作物,因为气候已经不再适合它们生长了” 。

去年11月克拉克在《科学》杂志发表的一篇与他人联合撰写的论文中指出,即使其他所有领域的温室气体排放量立即归零,全球农业碳足迹也足以阻碍《巴黎协定》将全球升温控制在1.5摄氏度以内的目标实现。

他说:“我认为我们亟需立即开始思考如何改变食物系统。就像那个关于种树的谚语——最好的时候是20年前,次佳的时候是今天。”

银香伟业奶牛养殖基地的奶牛在挤完奶后回到牛棚。图片来源:李悠/第六声

除了呼吁立即采取行动,克拉克与文章合作者还提出了几种减排策略。他们甚至预测,在最佳情境下,这些策略甚至可以带来负排放,使农业吸收的二氧化碳高于其当量气体的排放量。

克拉克说:“我们基本上需要动用所有的现成知识,而且可能还得做更多。”他指出,2005年至2015年在中国进行的大规模田间试验表明,根据作物种类不同,改进后的耕作方法能够减少超过五分之一的温室气体排放。

中国在遏制氮肥过度使用等问题上已经取得了一些进展。目前,中国的化肥消耗量占全球总量的30%,因为中国农民倾向于大量使用化肥来提高农作物产量。但是肥料流失会影响水质,还会导致土壤微生物排放氧化亚氮,这种气体占中国农业二氧化碳当量排放的34%。

作为巴黎气候谈判的一部分,中国政府确实在2015年提交的国家自主贡献方案中承诺控制稻田甲烷和农田氧化亚氮排放。尽管在控制甲烷排放方面并无多大进展,但自那年以来,中国的化肥使用量和施用强度都在下降

周胜希望习近平主席的气候承诺能为减少农业排放的努力带来新的动力。他说:“我对未来仍然保持乐观。”

农业碳交易?

研究人员认为,碳交易(污染企业通过支付其他地方的减排费用来抵消其排放)系统可以成为加快推广有效农业减排技术的一条途径。当然,这些技术必须得到官方认可,成为可交易的碳减排额度。

但是,问题在于如何将中国的农场整合到碳交易系统中。工业领域的排放集中且易于追踪,而农业温室气体来源则是分散的、从大片土地散发出来的。稻田的排放尤其如此,因为稻农大多是小型农户,他们的耕种面积总计近30万平方公里,约为法国面积的一半。

周胜建议,在碳交易系统可以尝试让县政府而不是单个农户承担减排责任。这样一来,分配减排责任就会容易得多。

目前,中国的排放权交易计划仅涵盖电力行业。经过中国碳抵消机制即“国内温室气体自愿减排项目”认证的农业减排项目能产生信用额度以自愿抵消碳排放。

银香伟业集团饲养的小牛。图片来源:李悠/ 第六声

研究人员还希望中国能为农业减排项目提供更多资金。迄今为止,中国在这一领域的一些项目已经得到了《京都议定书》下的清洁发展机制的支持。该机制允许发达国家通过支持发展中国家的减排项目来抵消自身排放。但是,由于目前的承诺期已于2020年结束,这一计划的未来还不确定。

董利锋说:“农业排放是一个被忽视的领域,人们认为工业部门是(温室气体的)主要来源,所以农业排放缺乏标准和目标,研究项目很难获得资金。”

在山东的这家奶牛场里,贾鹏依旧专注于手头的工作。五个月的时间里,他收集了牛圈中150头奶牛的数据,还有120头奶牛的数据有待收集。

本文于2020年11月27日首发于“第六”,文章编辑多米尼克·摩根(Dominic Morgan),中外对话获得授权并翻译成中文后转载

翻译:Estelle